Sensoren die de elektrische bedrading in de muren gebruiken als antenne

Informatie ingeven in een computersysteem is een lastige en vrij onaangename taak. Ook is het van cruciaal belang dat er geen fouten gemaakt worden. Dus de mens is niet onmiddellijk een geschikte kandidaat voor deze taak. Ook zou het, in vele gevallen, onmogelijk zijn voor de mens om alle relevante data en informatie in te geven in een computersysteem. Daarom heeft de mens een ideaal hulpmiddel ingeroepen die deze taak kan overnemen, namelijk de elektronische sensor. Deze kan aan de hand van verschillende signalen (elektrisch, mechanisch en dergelijke) informatie doorspelen aan een computersysteem. Dus wordt de mens ontnomen van zijn taak bij deze informatieoverdracht. Sensoren die aan de hand van een elektrisch signaal communiceren met een computer dienen ofwel met een elektrisch circuit verbonden te zijn met het computersysteem of kunnen het signaal draadloos versturen. Een dergelijk elektrisch circuit is ideaal bij relatief kleine, niet te complexe en lokale systemen. Maar wanneer de sensoren ruimtelijk enorm verspreidt zijn, dus wanneer er data moet verzameld worden op verschillende locaties tegelijk, dan wordt het voor de elektrisch verbonden sensoren soms al lastig. De installatie van het elektrisch circuit voor al deze sensoren is een complexe taak en vraagt dus tijd, expertise, geld, etc.

Hiervoor kunnen draadloze sensoren een oplossing bieden. Deze maken geen gebruik van een elektrisch circuit om te communiceren met het computersysteem. Maar de draadloze communicatie gebeurt ook niet zomaar. Hiervoor is er ook bepaalde apparatuur nodig. Met name, een radio zenderontvanger of een andere draadloos communicatiemiddel; een kleine, energiezuinige microcontroller en een energiebron. Deze energiebron is veelal een batterij. Met deze twee soorten sensoren is men in veel situaties in staat om de nodige informatie naar een computersysteem te sturen. Het computersysteem kan dan aan de hand van deze informatie de juiste beslissingen gaan nemen. Deze beslissingen gebruikt men dan om andere systemen te gaan aansturen of voor informatieve doeleinden. Dit is zowat het concept achter automatisatie en achter intelligente systemen in het algemeen. Steeds meer wordt dit concept op een grotere schaal toegepast. Zo is het mogelijk om te weten te komen welk weer het is aan de andere kant van de wereld zonder dat daar een mens in tussen moet komen. Aangezien de computer in vele gevallen beter is in het maken van de juiste beslissingen dan de mens, is dit dus geen slechte zaak. En kan men dus fouten gaan vermijden. In vele zaken kan dit ook zorgen voor een groter gemak voor de mens. Computers kunnen langs de ene kant lastige en moeilijke beslissingen kan ontnemen van de mensen. Maar ook saaie, tijdrovende handelingen uitvoeren. Hierdoor kunnen mensen zich focussen op andere, al dan niet belangrijkere zaken.

Voorbeelden van deze zaak zijn voor iedereen wel gekend. Wanneer een dergelijk systeem op een veel grotere schaal gebracht wordt dan kan de computer steeds meer en meer taken gaan overnemen. In gebouwen kan men met sensoren verschillende zaken gaan opmeten zoals bijvoorbeeld temperatuur, luchtvochtigheid, lichtintensiteit, luchtkwaliteit, waar in het gebouw er mensen aanwezig zijn en etc. Indien deze sensoren al deze informatie doorsturen naar een centraal computersysteem, kan het computersysteem op een geïnformeerde manier de klimaatregeling gaan aansturen van het gebouw. Deze computer is in staat om de klimaatregeling te verzorgen zodat de mensen in het gebouw een aangenaam klimaat ervaren en dit met een minimaal verbruik van energie. De computer kan er voor zorgen dat de ruimtes waar er niemand aanwezig zijn ook niet nodeloos verwarmd, gekoeld of geventileerd worden. Dit is een relatief complex systeem. Voor de mens zou dit heel veel inspanningen, energie en tijd vragen om de klimaatregeling op deze manier te gaan aansturen. Bepaalde van deze sensoren voor dit systeem kunnen ook voor andere taken gebruikt worden, zoals bijvoorbeeld voor in aansturen van de verlichting in het gebouw.

Deze sensoren zijn een belangrijker schakel in dit systeem. En bij complexe systemen, die op een grote schaal werken, zorgen deze sensoren ook voor problemen. Wanneer er batterijen gebruikt worden, moeten deze na een bepaalde tijd opgeladen of vervangen worden. En neem nu het voorbeeld van de sensoren voor de klimaatregeling, indien men jaarlijks alle sensoren die in de vele ruimtes van een groot gebouw moet gaan vervangen, is dit systeem plots niet meer zo aantrekkelijk. Daarnaast is de afstand waarover een draadloze sensor informatie kan verzenden beperkt.

Onderzoekers van de University of Washington hebben een nieuwe draadloze sensor ontwikkeld die minder of bijna geen last heeft van deze twee problemen. Hun nieuwe draadloze sensor vraagt minder energie om een signaal door te sturen naar een computersysteem, doordat het gebruik maakt van de elektrische kabels in de muren van een gebouw. Deze elektrische kabels worden gebruikt als een soort antennes door deze sensor. Hierdoor kunnen de signalen over een veel grotere afstand verstuurd worden en wordt hiervoor ook veel minder energie verbruikt. De batterijen van een draadloze sensoren zouden hiermee rond de 5 jaar langer meegaan. Deze technologie wordt Sensor Nodes Utilizing Powerling Infrastructure genoemd. En het concept achter deze technologie is dus dat de sensoren een draadloos signaal uitzenden met een frequentie die resoneert met de koperen bedrading in het gebouw. De koperen draad mag kan zich tot 4,5 meter van de sensor bevinden en nog steeds zal dit verschijnsel optreden. Dit datasignaal, die een frequentie van 27 megahertz heeft, wordt dan via het elektriciteitsnet van het gebouw naar een centrale ontvanger getransporteerd. Deze centrale ontvanger is uiteraard ook verbonden met het elektriciteitsnet.

Voor de meeste sensoren in gebouwen zijn de muren een obstakel voor het draadloze signaal. Maar bij deze technologie is dit niet het geval. Het is tegengesteld, namelijk dat hoe meer muren er zijn in het gebouw, hoe gemakkelijker het is om het signaal te versturen. En dus vormt de infrastructuur geen probleem meer voor draadloze communicatie. De onderzoekers hebben een prototype gebouwd van deze technologie en de sensoren. Het prototype van de sensor verbruikt slechts één milliwatt aan energie, dit is slechts 10% van het energieverbruik van de conventionele sensoren. Bij de verdere ontwikkeling van deze technologie zou de communicatie ook in de twee richtingen mogelijk moeten worden. Zo kan een computersysteem aan de hand van dit systeem ook machines en dergelijke gaan aansturen.

Geschreven door Emile Glorieux, bron [technologyreview]